既抗冻又耐热,这款锂电池超“能打”

发布日期:2023-11-20  来源:中国科学报

核心提示:凛冬时节,你的电动汽车和移动电子设备能抵御极寒天气吗?近日,在第25届中国国际高新技术成果交易会上,《中国科学报》记者看到
 凛冬时节,你的电动汽车和移动电子设备能抵御极寒天气吗?近日,在第25届中国国际高新技术成果交易会上,《中国科学报》记者看到一款最新研发的锂离子电池正在经受上达80℃、下至-70℃“冰火两重天”的极致考验。
 
受得了炎热、耐得住冰雪,充电快速、成本低,这款超“能打”的锂电池由中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)碳中和技术研究所先进储能技术中心研究团队历时10年研发,是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品,上市后有望打破未来新能源产业格局。
 
据团队成员介绍,这项新型锂离子电池技术目前已实现了储能、动力等多个应用领域的电芯产品的规模化量产,并于今年6月在我国东北等地分布式储能领域开展应用示范。
 
工作温度范围“横跨”150℃
 
从汽车到电子产品,锂离子电池早已渗透到人们的日常生活中,为衣食住行提供“动力”。《中国锂离子电池行业发展白皮书(2023年)》显示,2022年中国锂离子电池出货量已超过全球平均增速。在世界范围内,我国锂离子电池产业仍扮演领军者角色。
 
受电池材料限制,传统锂离子电池的工作温度在0℃~40℃,低于0℃后锂电池的放电性能就会大幅下降。
 
然而,我国幅员辽阔,气温随地域和季节变化大,北方地区冬季温度可以低至-40℃以下,而南方地区夏季地表温度高达50℃以上。传统锂离子电池无法适应这样极端的温度条件,就会造成一些棘手情况,例如,北部地区丰富的太阳能、风能等清洁能源难以直接并网供电,冬季电动车无法启动、智能手机自动关机,夏季电动车自燃等频发。
 
为此,该团队历时近10年,研发出既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术,可以同时兼顾低温与高温性能。
 
研究团队核心成员蒋春磊介绍,他们通过电池负极材料和电解液体系的创新,直接扩大了电池的工作温度范围,其中最低工作温度达-70℃、最高工作温度达80℃,实现了高寒酷暑的宽温域应用场景。
 
研发关键负极材料
 
这么能“打”的新型锂电池,究竟“新”在何处?团队主要从负极材料和电解液体系上下功夫。
 
据了解,目前电池的正极材料相关技术已接近“天花板”,要提升性能,负极材料尚有发展空间。为此,团队研发了一种新型铝基复合负极材料,通过与商用锂离子电池正极材料匹配,针对不同应用场景研发相应电解液体系,成功开发出新型铝基-磷酸铁锂电芯、铝基-锰酸锂电芯、铝基-钴酸锂电芯和铝基-三元电芯等超宽温域电池产品。
 
“我们开发的电池产品除了具备耐热、抗冻的特性以外,还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。”蒋春磊表示。
 
在安全性能方面,常规锂电池随着不断使用,内部会产生锂枝晶,既影响充电能力,还可能刺穿隔膜,带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基复合负极,在低温和过充条件下都能有效缓解锂枝晶的产生,提高了电池的安全性。
 
在续航性能上,得益于铝基复合负极材料较高的理论容量,该电池能量密度较传统锂离子电池提升13%~25%,能做到长续航。此外,由于铝基复合负极优异的导电性能,产品还表现出不俗的快充性能,20分钟即可充满电,为半小时充电需求提供了解决方案。
 
在成本方面,基于铝基复合负极的性能优势,并结合开发的高性能电解液体系,低温电池产品还可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖,使电池成本降低10%~30%。
 
应用场景“上天入地”
 
据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍,基于新型电池技术,该团队的23项相关专利依托深圳先进院,以知识产权作价6500万元,成功实现了技术转移转化,并于2017年3月成立了深圳中科瑞能实业有限公司。相关研究成果形成了包括PCT(专利合作条约)专利,中国发明专利,美、欧、日、韩发明专利在内的180余项专利池,获得授权专利120余项,目前已在四川广元启动建设超宽温域电芯和PACK(电池模组)制造基地,占地200亩,首期投资规模12.7亿元。
 
经过团队多年的技术攻关,新型宽温域电池技术已成熟并进入市场推广阶段,目前已与电动自行车头部企业、新能源汽车头部企业、能源领域央企等建立了广泛且深入的合作,提供的批量电芯性能评估已满足使用需求。
 
相关企业实测结果表明,使用针对低速电动车开发的铝基-锰酸锂电芯产品在-50℃的条件下放电容量保持率仍然超过60%;针对新能源汽车开发的铝基-磷酸铁锂电芯产品可在-30℃的环境条件下高效充电,充电容量超过初始容量的91%,有望解决电动汽车冬季续航缩水和低温启动困难的难题。
 
“有些场景需要-40℃也能正常充放电,而有些则在长循环方面提出了更高要求。围绕核心技术,结合实际情况,我们对产品不断作出调整。”团队成员表示,相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通信基站储能、轨道交通、航空航天、极地科考等领域,尤其适用于高寒地区及亚热带地区,显著扩大了电池的应用范围。

 
[ 新闻搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论


网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 网站留言 | RSS订阅 | 沪ICP备16055099号-3

第一锂电网 版权所有 © 2016-2018 咨询热线:021-6117 0511  邮箱:heli@heliexpo.com.cn 在线沟通:

本网中文域名:第一锂电网.中国本站网络实名:第一锂电网-中国最专业的锂电池行业信息网站